2003-2017年浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站气象数据集

常绿阔叶林是中国主要森林类型之一,其局域的气候观测数据是研究常绿阔叶林森林生态系统服务功能和关键生态过程的基础性数据资料,也是气象预报和自然灾害预警中的重要数据来源。浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站位于中国东部亚热带常绿阔叶林核心保护区内,从2003年4月起,通过设置气象自动观测系统对站区气象进行长期连续监测。本数据集包含了2003-2017年天童站区的大气温度、大气湿度、降水、大气压、总辐射、净辐射、反射辐射、紫外辐射、光合有效辐射、日照时数和各土层土壤温度(0 cm、5 cm、10 cm、15cm、20 cm、40 cm、60 cm和100 cm)等18项气象观测指标,共计177条月尺度数据和15条年尺度数据。该数据集作为天童森林生态系统局域性气象数据,能够为局域森林生态过程研究、生态系统服务功能评估和天气灾害预警提供精准的数据支撑。

“全球变化生态学”教学改革与实践——以天童国家野外站为依托

“全球变化生态学”是华东师范大学生态与环境科学学院面向生态学专业三年级本科生开设的学科特色课程。课程充分利用浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站优质的软、硬教学资源,从教学内容、教学手段和考核方式进行了改革,强调对教学内容的推陈出新,加入了现场教学和小组讨论等教学手段,实施了提交研究计划的课程考核方式。通过实践,强化了学生学科知识认知并提升了学生的创新意识及能力,可以为其他高校相关课程的教学提供借鉴。

极端气候影响华中和东南地区森林生态系统结构与功能的研究进展

受气候变化影响,华中、东南地区极端气候事件出现频率及强度均显著增加,对区域森林生态系统结构、功能和稳定性产生了严重影响。全面和准确地评估极端气候对森林生态系统的影响,可为区域森林生态保护与经济协调发展提供数据基础与决策依据。以热浪、极端干旱、台风/极端降雨、冰冻雨雪为例,系统总结了极端气候对华中、东南地区森林生态系统结构与功能的影响。极端气候事件的发生一方面通过增加植物的死亡率,抑制树木光合作用,进而影响植被净初级生产力与生态系统碳吸收;另一方面通过增加凋落物数量和林隙面积,影响森林生态系统的生物多样性和稳定性,深刻改变森林生物地球化学循环过程。此外,森林生态系统受干扰程度受极端气候事件频率及强度的影响,且在不同研究手段和方法的结果之间存在显著差异,这为准确评估与预测极端气候对森林生态系统的影响带来极大的不确定性。

陆地生态系统土壤呼吸对全球气候变化响应的研究进展

土壤呼吸是土壤圈与大气圈碳交换的重要环节,其动态变化直接影响全球碳循环过程。近年来,土壤呼吸对全球变化的响应和适应规律成为学界关注的热点问题。本研究综合论述了近几十年国内外关于增温、CO2浓度升高、氮沉降、降雨格局改变(干旱和增雨)等全球变化因子对土壤呼吸影响的研究进展,系统探讨了全球变化对陆地生态系统土壤呼吸的影响过程及其调控机制。气候、生物和土壤因素在不同研究尺度上对土壤呼吸调控差异是造成当前全球变化对土壤呼吸差异性(正效应、负效应和无影响)影响的主要原因。基于目前的研究现状,探讨了当前在全球变化对土壤呼吸影响研究过程中存在的一些问题,并据此讨论了未来针对这些问题的具体解决措施和发展方向。

浙江天童受损常绿阔叶林实验生态学研究(Ⅴ):不同干扰下植被恢复初期主要树种五年的恢复和更新

为了解常绿阔叶林在遭受不同采伐干扰后的恢复和更新。于2003年10月至2008年10月在浙江天童地区常绿阔叶林中对5个不同采伐处理下的样地进行了5年的秋季植被跟踪调查,样地处理分别是:(Ⅰ)去除大树保留萌枝,(Ⅱ)去除地表植物保留枯枝落叶层,(Ⅲ)去除地表植物和10 cm的表土,(Ⅳ)清除下木层保留大树,以及(Ⅴ)对照.结果显示:①样地Ⅰ和Ⅱ的胸高断面积(BA)增长量最高,分别为1631.8 cm^2和1 619.4 cm^2;而样地Ⅳ的BA值增长量最少,为43.4 cm^2.②样地Ⅰ的BA值增加以常绿阔叶乔木的BA增量为主,主要通过残留植株的生长而恢复;样地Ⅱ的BA值在5年中的恢复速度最快,主要以落叶灌木或小乔木和落叶阔叶乔木的BA增量为主;样地Ⅲ的BA值恢复主要以落叶灌木或小乔木和常绿阔叶乔木的BA增量为主;样地Ⅳ中常绿树种和落叶树种都非常少,BA值都小于10cm^2.③各样地中幼苗的补充有一个波动的过程,恢复第1年最多,恢复第2年则发生锐减.样地Ⅰ中幼苗主要以常绿阔叶乔木为主.样地Ⅱ中幼苗也以常绿阔叶乔木为主,但相对样地Ⅰ有较多的落叶树种.样地Ⅲ中幼苗主要以落叶阔叶树种为主.样地Ⅳ中幼苗主要以常绿阔叶乔木为主.结果表明采伐模式对常绿阔叶林的恢复和更新有着深远的影响.择伐上木层后,常绿阔叶树种能得到较快的恢复;清除下木层,保留大树后,主要树种恢复缓慢;在皆伐下,落叶树种侵入,形成落叶树种为优势种或者常绿和落叶混交的群落.

浙江天童受损常绿阔叶林实验生态学研究(Ⅵ):不同干扰下植被恢复初期主要优势种叶性状及其生态适应

以浙江天童国家森林公园人工模拟受损常绿阔叶林样地为研究地点,分析了不同干扰下(择伐大树、清理下木、皆伐、皆伐及去除表土层)植被恢复初期5种主要优势树种最大净光合速率(Amax,net photosynthesis based on area)、比叶面积(SLA,specific leaf area)和叶片氮、磷含量(N,P,leaf nitrogen and phosphor concentration)等叶性状,以期揭示不同树种对干扰的生态适应性.结果表明:(1)干扰后光照强度的增加导致叶片SLA降低,Amax和叶N含量增加;(2)表土层的去除使得土壤磷有效性的减少,从而导致叶P含量的下降,但对Amax的影响较小;(3)高Amax,SLA以及叶N,P含量的落叶树种山鸡椒(Litsea cubeba)具有很强的资源获取能力和高的生产力,从而在植被恢复早期占据竞争优势.木荷(Schima superba)叶N,P含量最低,但在不同干扰下Amax都高于其他常绿树种,且与叶N含量之间存在具有显著正相关性.干扰样地中石栎(Lithocarpus glaber)叶N含量较对照显著增加,并维持在较高水平,与Amax存在显著正相关性,且其叶片抵御强光伤害的能力较强.米槠(Castanopsis carlesii)的Amax,SLA,叶N,P含量均为中等水平,其Amax和SLA对环境具有较强的可塑性,但叶N含量在各样地中较为稳定.栲树(Castanopsis fargesii)的叶性状可塑性较差,Amax小,且利用高光强的能力弱.

浙江天童受损常绿阔叶林实验生态学研究(Ⅳ):土壤种子库在受损常绿阔叶林恢复初期中的作用

模拟了常绿阔叶林的4种不同受损程度(间伐大树,清理下木,清除地上植被以及植被和表土完全破坏),于2003年10月在天童国家森林公园内各设置1个受损样方.通过分析土壤种子库萌发格局、种类组成及其与受损样地第一年恢复物种的相似性,探明土壤种子库在受损常绿阔叶林恢复初期中的作用.结果表明,(1)在16个0.5 m×0.5 m的取样面积上,土壤种子库共萌发出995株幼苗,密度为248.75粒/m^2,分属21科27属28种,其中乔木7种,灌木8种,藤本4种,草本9种.(2)土壤种子库对4种干扰方式的样地物种恢复贡献率为:Ⅰ号(0.467)>Ⅳ号(0.389)>Ⅱ号(0.368)>Ⅲ号(0).(3)檫木(Sassafra tzumu)、拟赤杨(Alniphyllum fortunei)、大青(Clerodendrum cyrtophyllum)和山鸡椒(Litsea cubeba)等先锋种可通过土壤种子库大量更新;米槠(Castanopsis carlesii)和石栎(Lithocarpus glaber)等虽具有种子库,但数量少;而南酸枣(Choerospondias axilliaris)和香樟(Cinnamomum camphora)等种子不能通过土壤种子库实现更新.研究表明土壤种子库对天童地区受损常绿阔叶林的恢复作用比较有限.

上海市环城绿带生态系统服务价值评估

参照《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008),以上海市环城绿带为研究对象,在群落结构特征调查的基础上,对环城绿带温度、负离子、噪音等各项生态指标进行实地测定,并基于以上数据,定量评估上海市环城绿带的生态系统服务价值。结果表明:上海市环城绿带生态系统服务功能的总价值为73 779万元/a;7项生态系统服务价值大小依次为:调节温度>净化大气环境>涵养水源>固碳释氧>森林游憩>生物多样性保护>固持土壤。除了这7项生态系统服务价值,绿带生态系统还具有科普教育、疗养保健、改善民生等社会功能服务价值。为强化上海市环城绿带服务价值,有针对性地提出了相应建议,为绿带后续建设及管理提供一定的科学依据及发展方向。

宁波余姚市防护林带生态系统服务功能价值评估

以宁波余姚市防护林带为研究对象,建立了含有调节功能、文化功能和支持功能3大类共15项评估指标的生态系统服务功能价值评估指标体系,利用市场价值法、影子工程法和条件价值法等,定量评估了防护林带生态系统服务价值。结果表明:余姚市防护林带生态系统服务功能总价值为24 310.79万元·a^(-1),单位面积价值为24.31万元·hm^(-2)·a^(-1);净化大气环境、调节温湿度和涵养水源这3项功能是宁波防护林带的主导生态服务功能,分别占总价值的50.78%、24.45%和16.89%;与具有相似防护功能的上海市环城绿带相比,余姚市防护林带的生态系统服务功能单位面积价值稍低于上海市环城绿带。研究结果能为余姚市区域经济可持续发展和绿色GDP的核算提供科学依据。

浙江天童森林退化和受损对土壤呼吸的影响

以常绿阔叶林顶级群落为参照,选择了常绿阔叶林亚顶极群落、针叶林、灌丛和灌草丛代表不同退化类型;同时,以4种人工采伐处理代表常绿阔叶林不同受损程度,分别研究了不同退化和受损程度影响下,土壤的呼吸速率及影响因素.结果表明:(1)土壤呼吸速率具有明显的季节动态;(2)土壤呼吸速率分别在常绿阔叶林顶极群落与灌草丛最高,其次分别为针叶林和灌丛,常绿阔叶林亚顶极群落最低;(3)不同受损程度常绿阔叶林土壤呼吸速率无显著差异;(4)影响土壤呼吸速率的决定性因子为土壤C/N和pH,但在退化初期为土壤C/N,在退化后期为土温.可以认为,常绿阔叶林退化过程中控制土壤呼吸速率变化的主要因素逐步由生物因素向非生物因素转变.

浙江天童不同林型土壤动物群落对比研究

[目的]探讨不同林型土壤动物群落的结构特征和差异。[方法]对浙江天童灌丛、马尾松林、木荷林、栲树林4种林型中土壤动物进行调查。[结果]4种林型土壤动物类群组成存在差异,优势类群也各异,线虫为优势类群,但弹尾目在4种林型中均为常见类群,木荷林优势类群只有线虫,蜱螨目和弹尾目为常见类群;处于传统意义上演替顶极的栲树其土壤动物群落类群数和个体数并未达到最高,而处于演替中期阶段的马尾松在群落类群数(30)和个体数(占总捕获量的44.62%)达到最高;马尾松林土壤动物类群数和个体数都最多,因而其密度-类群指数、丰富度和优势度指数也最高;栲树林样地的均匀度指数和Shannon-Wiener指数最高。[结论]不同林型土壤动物群落差异明显,其总体趋势有待进一步研究。

浙江天童国家森林公园常绿阔叶林种间关联和种-生境关联

为探究森林群落种间关联格局与物种生境偏好的关系,采用空间点格局分析方法和点过程模型,分析了浙江天童国家森林公园20 hm^2常绿阔叶林样地109个木本植物的种间关联格局及种-生境关联,结果表明:①天童样地中,种间负关联比例高于种间正关联,具有显著关联的种对比例随尺度增加而增加;②89.9%的物种至少与一类生境显著关联,73.4%的物种与生境显著正关联,65.1%的物种与生境显著负关联;③在较大尺度上(>20 m),种间空间关联结果与种对的生境偏好类型表现出很好的一致性,说明生境的异质性是形成较大尺度种间关联格局的重要原因;而在较小尺度上(<5 m),种间关联格局与种对的生境偏好没有明显关系,可能受到其他生态学过程的影响.研究结果为进一步探究常绿阔叶林物种的共存机制提供了理论依据.

离子交换树脂法在天童森林内外氮素湿沉降观测中的应用

为了解天童地区森林内外氮素湿沉降的组分分配及其季节动态特征,基于离子交换树脂法对其森林内外氮素湿沉降量进行了为期2年(2011年3月至2013年2月)的观测.研究发现:(1)天童森林内外硝态氮沉降月总量分别在0.22~3.73 kg·N/(hm^2·月)和0.13~2.85 kg·N/(hm^2·月)之间波动,均呈现出秋冬季较高、夏季较低的季节动态特征;森林内外铵态氮沉降月总量在0.17~1.35 kg·N/(hm^2·月)和0.21~1.44 kg·N/(hm^2·月)之间波动,春季沉降量略低于其他季节;(2)天童森林内外氮素湿沉降量的季节动态受到研究区域所属季风气候、夏季台风和农事活动的综合影响;(3)森林内外硝态氮与铵态氮沉降量比例的年平均值均为0.9,表明化石燃料燃烧与农事活动对本地区氮素湿沉降的影响相当;(4)天童森林内外氮素湿沉降年总量分别为18.86 kg·N/(hm^2·年)和17.51 kg·N/(hm^2·年),氮素湿沉降年总量符合中国东部森林氮沉降量由北向南逐渐增加的趋势.

浙江天童国家森林公园常绿阔叶林凋落叶养分含量的时空分布特征

植物凋落叶养分含量的时空分布格局在森林生态系统的物质循环和能量流动中发挥着关键作用,尤其是对森林土壤养分情况有重要的影响,而在群落结构复杂的亚热带森林中基于群落整体水平的凋落叶养分含量特征研究相对匮乏。在位于浙江天童国家森林公园中的20 hm^2动态监测样地进行,收集凋落叶并测定其碳、氮、磷含量,结合不同生活型物种的凋落高峰,春季和初夏为常绿树种凋落高峰;秋季为落叶树种凋落高峰,以及地形特征对凋落叶养分含量的时空分布特征进行探究。结果表明:在时间尺度上,凋落叶养分含量表现为不同凋落高峰之间的差异,碳含量表现为秋季高峰<春季高峰<初夏季高峰,氮、磷含量为秋季高峰大于春季和初夏季高峰;在空间尺度上,凋落叶养分含量则表现为沟谷地形和山脊地形之间的差异性,在秋季凋落高峰时碳含量在沟谷地形显著低于山脊地形,氮、磷含量在山脊地形显著低于其他地形。研究结果表明群落物种组成及其生活型差异是造成森林群落水平凋落叶养分含量时空差异的主要原因。

浙江天童常绿阔叶林米槠种子雨和地表种子库动态研究

2008年在浙江天童山常绿阔叶林的林缘和林内2个米槠种群中各选择3株米槠(Castanopsis carlesii),采用种子筐及地表取样等方法,分析了米槠种子雨和地表种子库动态特征、种子存留及其命运。结果表明:米槠种子雨主要出现在10月中旬—11月,持续约50 d,11月3日—17日为高峰期;该地区米槠的种子产量较高,林缘种群高于林内种群,单株平均落果数分别为201.0、120.3个.m-2;种子雨中完好的坚果占52.2%,虫蛀的占29.3%,松鼠啃食的占10.2%,败育的占8.4%,腐烂的占5%;完好种子的长度、宽度分别为(9.01±0.89)mm、(9.25±1.00)mm,粒重为(0.47±0.13)g;在地表种子库中,林缘种群、林内种群完好种子的存留密度分别为1.5、1.0个.m-2,分别占种子库的62.1%、66.4%,动物捕食是种子受损的主要原因。米槠种群较高的种子产量、较低的地表种子存留率等环节限制了米槠种群的天然更新。

浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林与落叶阔叶林的C:N:P化学计量特征

以浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林和落叶阔叶林为对象,通过对叶片和凋落物C:N:P比率与N、P重吸收的研究,揭示3种植被类型N、P养分限制和N、P重吸收的内在联系。结果显示:1)叶片C:N:P在常绿阔叶林为758:18:1,在常绿针叶林为678:14:1,在落叶阔叶林为338:11:1;凋落物C:N:P在常绿阔叶林为777:13:1,常绿针叶林为691:14:1,落叶阔叶林为567:14:1;2)常绿阔叶林和常绿针叶林叶片与凋落物C:N均显著高于落叶阔叶林;叶片C:P在常绿阔叶林最高,常绿针叶林中等,落叶阔叶林最低,常绿阔叶林和常绿针叶林凋落物C:P显著高于落叶阔叶林;叶片N:P比也是常绿阔叶林最高、常绿针叶林次之,落叶阔叶林最低,但常绿阔叶林凋落物N:P最低;3)植被叶片N、P含量间(N为x,P为y)的II类线性回归斜率显著大于1(p<0.05),表明叶片P含量的增加可显著提高叶片N含量;凋落物N、P含量的回归斜率约等于1,反映了凋落物中单位P含量与单位N含量间的等速损耗关系;4)常绿阔叶林N重吸收率显著高于常绿针叶林与落叶阔叶林,落叶阔叶林P重吸收率显著高于常绿阔叶林和常绿针叶林。虽然植被的N:P指示常绿阔叶林受P限制,落叶阔叶林受N限制,常绿针叶林受N、P的共同限制,但是N、P重吸收研究结果表明:受N素限制的常绿阔叶林具有高的N重吸收率,受P限制的落叶阔叶林并不具有高的P重吸收率。可见,较高的N、P养分转移率可能不是植物对N、P养分胁迫的一种重要适应机制,是物种固有的特征。

浙江天童常见种幼苗的光合特性及非结构性碳水化合物储存

对浙江天童国家森林公园20种常见种幼苗的光合特性以及非结构性碳水化合物(NSC)储存进行了研究.结果表明:常绿种幼苗拥有较低的光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)和较高的表观量子效率(AQE)、最大净光合速率(Amax);落叶种则表现出较高的LCP、Rd和较低的AQE、Amax.常绿灌木的光饱和点(LSP)显著大于常绿乔木,而其他光合参数均无显著差异.根部是非结构性碳水化合物储存的主要场所.常绿种幼苗根部可溶性糖、淀粉、NSC含量以及茎部可溶性糖含量均显著高于落叶种,而两者茎部淀粉和NSC含量差异不显著.常绿灌木根部可溶性糖、NSC含量以及茎部淀粉、NSC含量均显著大于常绿乔木,而两者根部淀粉和茎部可溶性糖含量差异不显著."高生长,低储存"的策略主要以喜阳或作为先锋种的落叶种为代表;强耐荫的常绿灌木主要采用"低生长,高储存"的策略进行林下更新;半耐荫的常绿乔木树种的光合能力与碳水化合物储存介于两者之间.

浙江天童常绿木本植物的叶片相对电导率及抗寒性

以浙江天童常绿阔叶林59种常见木本植物为研究对象,通过比较其叶片在低温胁迫下的相对电导率差异,揭示该地区常绿阔叶林常见常绿植物的抗寒性,旨在为营建具有较强抗雨雪冰冻灾害能力的人工林提供参考.结果显示:(1)各植物叶片对0℃低温普遍具有较好的抗性,未产生显著伤害;在-5℃低温处理下相对电导率显著增大,均造成了不同程度的伤害;(2)研究区域内樟科与壳斗科植物对-5℃低温耐受性最好,其次为山茶科植物;(3)常绿阔叶树种抗寒性强于针叶树种.建议在该地区营建抗雨雪冰冻人工林时,应优先选择具有较强耐寒性的樟科与壳斗科植物.

浙江天童太白山不同群落植物构型比较

植物构型是植株构件在空间上的分配方式,反映了植物对环境的响应策略。通过对浙江天童太白山海拔差异很小的栲树(Castanopsis fargesii)、小叶青冈(Cyclobalanopsis gracilis)和云山青冈(Cyclobalanopsis sessilifolia)群落类型中所有植株的树高、树冠厚度、树冠面积、叶片聚集度、枝下高和距地45 cm基径等植物构型性状,以及树冠曝光指数、土壤含水率、空气温湿度、土壤p H值和风速6个环境因子的测定,分别分析乔灌木层植物构型性状及性状关系在3个群落间的变化规律。结果表明:(1)从栲树到小叶青冈至云山青冈群落,灌木层的树高、树冠厚度、枝下高和距地45 cm基径增加,叶片聚集度减小;乔木层的树高、树冠厚度、树冠面积、枝下高和距地45 cm基径均减小,叶片聚集度增大;(2)3个群落灌木层构型性状间显著相关(P<0.001),而乔木层只在中低海拔群落存在相关性;(3)从栲树到小叶青冈至云山青冈群落,乔灌木层的冠层曝光指数显著增加(P<0.05);(4)多元逐步回归表明,树冠曝光指数对灌木层构型性状变异的贡献最大,而风速、土壤含水率和p H值对乔木构型性状的变异起主导作用。综上得知,天童太白山乔灌木植物在不同群落间存在构型分异,植物对光资源的竞争是引起灌木构型在不同群落间变化的主要驱动因子,而对乔木植物,其构型变化更多受到风速和土壤含水量的影响。

浙江宁波天童常绿阔叶林凋落物量与气象因子的关系分析

以浙江宁波天童常绿阔叶林常规观测场为期5a(2010—2014)的凋落物研究数据为基础,探讨了亚热带常绿阔叶林凋落物及其各组分的年际和季节动态特征,分析了其与主要气象因子(气温、降水和风速)的关系.结果表明:年尺度上,台风和强降雨是影响天童常绿阔叶林凋落物及其组分年生产量的主控气象因子.月尺度上,气温是影响凋落物及其组分月生产量的主控气象因子.总凋落物月生产量与月平均气温、月最高气温、月最低气温呈显著正相关.凋落物组分(枝、叶、花、树皮、碎屑)月生产量均受到气温的显著影响;此外,枝凋落物月生产量还受到当月1h极大风速的极显著影响,种、果和花凋落物月生产量还分别受到当月最大降水量的显著影响和极显著影响.